Aktuelle Trends und Entwicklungen bei Relais Grüne Revolution und Relais – die nächste Generation von Schaltgeräten

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Relais sind nicht sexy, so viel ist klar. Trotzdem sind Relais heute nicht nur unverzichtbar, sondern Technologietreiber in vielen Anwendungen. Getrieben wird auch die Relaistechnik durch die „Grüne Revolution“, deren Erfolg an die Automatisierung gekoppelt ist. Die Essenz heißt Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und Ressourcenschonung.

Um die Klimaziele in Deutschland zu erreichen, müssen sowohl die Energieeffizienz, als auch der Anteil der erneuerbaren Energien gesteigert werden. Dies lässt sich mit einer Umstellung der Energieversorgung von Wechselstromsystemen auf Gleichstromsysteme über alle Spannungsebenen hinweg erreichen. Allerdings stellen diese Gleichstromsysteme deutlich höhere Anforderungen an die Sicherheit.

Das betrifft u.a. die Schaltgeräte, die für Gleichstromanwendungen etwas anders ausgelegt sein müssen. Das hängt mit dem Lichtbogen zusammen, der das zentrale Schaltelement in klassischen mechanischen Schaltgeräten ist. Anders als bei Wechselspannung wird der Lichtbogen zwischen den Kontakten bei DC nicht gelöscht.

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Die Unterbrechung von Gleichströmen ist nicht trivial. Dies gilt sowohl für Ströme im betriebsmäßigen Ausschalten von Stromkreisen, aber vor allem für das sichere Abschalten von Überlast und Kurzschluss. Hierfür gibt es klassische Löschprinzipien, die bereits in Schaltgeräten umgesetzt werden. Neben passiven Beschaltungsnetzwerken gibt es auch aktive Ansätze. Bei Letzteren liegt der Fokus auf Hybridanordnungen und der Beschaltung mit leistungselektronischen Schaltelementen.

Gleichstrom-Schaltgeräte

Die TU Ilmenau entwickelt gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung diese nächste Generation elektrischer Schaltgeräte, die die Anforderungen an den Personen- und Anlagenschutz im Niederspannungsbereich erfüllen. Die hybriden Schaltgeräte-Konzepte kombinieren klassische mechanische Schaltelemente und leistungselektronische Schaltelemente und einen geeigneten Überspannungsschutz. Die einzelnen Komponenten müssen optimal aufeinander abgestimmt sein und der Schaltvorgang durch eine gemeinsame Steuerung koordiniert werden.

Die mechanischen Schaltstrecken werden für Spannungen bis 800 V DC untersucht und auf Skalierbarkeit für die Spannungsebene 1.500 V DC getestet.

Auf dem Anwenderforum Relaistechnik am 11. und 12. September 2024 widmen sich Dr. Dieter Volm (Panasonic) und Matthias Streck (TU Ilmenau) diesem Thema und stellen die Ergebnisse des Projektes „HybSchaDC – Kommutierung Relais auf Halbleiter“ vor.

Hochleistungs-Oberfächen mit mehr Nachhaltigkeit

All dies gelänge nicht ohne die wegweisende Kontakttechnik. Bisher definieren wir die Qualität und Funktionalität technischer Oberflächen oft nur über deren Rauheit und über chemisch und strukturell vielfältige Beschichtungen. Die lebende Natur zeigt uns aber als Erfolg der Evolution, wie durch optimierte mikrotopographische Strukturen eine besonders variantenreiche Funktionalität oft auch „ohne Chemie“ maßgeschneidert wird.

Für die Sicherung unserer Zukunft wollen wir durch Megatrends wie Circular Economy und damit verknüpfter Dematerialisierung die Stoffströme und deren ressourcentechnische sowie ökologische Folgen reduzieren. Deshalb sollten uns die besonderen Möglichkeiten neuartiger Gestaltung technischer Oberflächen bei gleichzeitiger Reduzierung ihrer chemischen Diversität anspornen, diese Megatrends aus unserer Ingenieurperspektive voranzutreiben.

Das ist das Thema unserer Keynote „Neue Hochleistungs-Oberflächen – weniger chemische Diversität – mehr Nachhaltigkeit“. Am Beispiel der auch für elektrische Anwendungen optimierbaren Oberflächenfunktionalisierung durch Direct Laser Interference Patterning sowie neuartiger Kohlenstoff-Beschichtungen will Materialforscher und Preisträger Professor Frank Mücklich von der Universität des Saarlands diese Diskussion anregen.

MEMS-Relais: Der nächste Schritt in der Miniaturisierung von Relais

MEMS-Relais (mikro-elektro-mechanisches System) verbinden die Vorteile eines galvanisch getrennten mechanischen Relais mit der Größe und dem Stromverbrauch eines Transistors. Diese Relais ermöglichen eine Miniaturisierung um Größenordnungen, haben einen geringen Stromverbrauch und schalten weit unter 100 μs. Daher stellen sie eine interessante Ergänzung und Alternative zu etablierten Relais-Technologien, wie elektromechanische Relais und Relais auf Halbleiter-Basis, dar.

Prädestiniert sind MEMS-Relais für Anwendungen, bei denen die Baugröße eines Relais entscheidend ist und weiterhin eine galvanische Trennung benötigt wird, wie z.B. im ATE-Bereich. Hier kommt besonders ihre Skalierbarkeit durch mehrere Kanäle in einem Package zum Tragen. An Wichtigkeit zunehmen werden auch Anwendungen, die von einem geringen Stromverbrauch der eingesetzten Relais profitieren. Besonders interessant in diesem Zusammenhang ist die Zukunftsfähigkeit von MEMS-Relais durch digitale Schnittstellen und flexible Input-Möglichkeiten.

Der Vortrag von Maren Jacobi und Thomas Hasenohr (Bosch) adressiert nach einer Einführung in die MEMS-Technologie für Relais mögliche Anwendungsfelder und die Vor- und Nachteile von MEMS-Relais im Vergleich zu alternativen Technologien.

Weitere Themen sind die Grundlagen der Schalttechnik in Fahrzeugen: Elementarrelais und Halbleiterrelais im Vergleich mit Dietmar Koops (ETA) oder die Anwendervorträge zur Funktionalen Sicherheit wie der mit Marc Euker (Bender). Das Referat von Dirk Wortmann (Phoenix Contact Electronics) führt in die technischen Grundlagen von Hybridrelais (und -Modulen) ein, zeigt konkrete Produkte für AC- und DC-Anwendungen als Ausführungsbeispiele und nennt typische Applikationen.

Als Ausblick gibt uns Professorin Kerstin Kuchta (TU Hamburg) Einblick in die Forschungs- und Entwicklungsansätze zur Umsetzung einer nachhaltigen Circular Economy. Und schließt damit den Themenkreis der „Grünen Revolution“

Knowhow und Networking-Event für Leistungselektronik- und Stromversorgungsexperten

Power of Electronics am 11. und 12. September 2024 in Würzburg

Das Elektronikevent für Entwickler und Ingenieure bündelt sechs Spezialkonferenzen, die sich angefangen von der effizienten Stromversorgung über die intelligente Nutzung von elektrischer Leistung, effektiver Elektronikkühlung, neuester Relaistechnik, bis hin zur geordneten Abführung der überschüssigen Energie erstrecken.
Buchen Sie ein Ticket und erhalten Sie die Möglichkeit, die Vorträge aller sechs Veranstaltungen zu besuchen.

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Grundlagen Elementarrelais, Halbleiterrelais und Reed-Relais

Auch in diesem Jahr finden am ersten Tag des Anwenderforums (11. September 2024) unsere Basisseminare statt, in denen die Grundlagen der Relaistechnik (Elementarrelais, Halbleiterrelais und Reed-Relais) im Mittelpunkt stehen. Die Vorträge von Jürgen Steinhäuser (Elesta), Christoph Oehler (Panasonic) zu Elementarrelais, Dr. Dieter Volm (Panasonic) zu Halbleiterrelais und David Stastny (Standex Electronics) zu Reed-Relais bieten nicht nur Anfängern in der Branche einen guten Einstieg in die Fachthemen am zweiten Tag (12. September 2024).

Auf unserem Networking-Event im Maschinenhaus im Bürgerbräu Würzburg können Sie den Tag mit exklusivem Catering, leckeren Getränken und Entertainment ausklingen lassen und sich über die Eindrücke des ersten Tages mit den Teilnehmern aller Konferenzen austauschen.

Wie in den vergangenen Jahren steht auf dem Anwenderforum Relaistechnik der Praxisbezug im Vordergrund. Interessierte finden das vollständige Programm mit Kurzfassungen der Vorträge auf der Internetseite des Relaisforums.

Hier können Sie sich auch gleich anmelden: Das Tagesticket kostet 499 Euro, Studenten zahlen 99 Euro. Zwei Tage belaufen sich auf 689 Euro. Mit beiden Tickets können Sie zwischen allen Foren auf der Veranstaltung „Power of Electronics“ beliebig wechseln.

Wenn Sie sich also auch für Vorträge auf den Coolings Days, dem Forum Stromversorgungen, dem Leistungselektronikforum oder dem Praxisforum Antriebstechnik interessieren, haben Sie lediglich die Qual der Wahl, was Sie verpassen. Dafür sind knapp 700 Euro eine lohnenswerte Investition.(kr)

Die Welt der Leistungselektronik

„Take the red pill“

Grundlagen und Best Practices für Entwickler

Wärmemanagement in der Elektronik: Die Cooling Days 2024

Verbesserter Informationsfluss

Digitaler Produktpass wird für erste Produkte ab 2027 zur Pflicht

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